我的第一篇博文——简单的C/S模型

这几天在学习Linux环境下的基础socket编程，作为一个小实验，自己编写了一个最基本简单的C/S模型，然而并没有像我想当然的那样一次性成功。一些错误来源于概念的偏差，而一些来源于对细节的忽略。总的来说，这次小小的经历对本人来说受益颇多，故此将其写成博文，做个纪念，也方便今后查阅总结。

首先，就我的理解来说一下C/S模型，不足之处还请各位多多批评。

C/S模型，或者说架构，即是Server/Client机构。其组成分为服务器端与客户端。服务器首先开启，创建socket接口，绑定并保持监听，其采取的是被动式连接，即不主动连接而等待客户端的连接请求。客户端根据服务器的网络地址和其提供的接口主动进行连接请求。服务器接受请求后通信正式开始。

下面我将介绍我所写的C/S模型的具体内容，先上代码（没有注释，抱歉 ^ w ^ ）

服务器端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

#define SERVER_PORT 5555
#define BUFFSIZE 2048
#define ADDR_LEN sizeof(Sockaddr_in)

typedef struct sockaddr_in Sockaddr_in;
typedef struct sockaddr Sockaddr;

int main(void){
	int server_socket;
	int client_socket;
	Sockaddr_in server_addr;
	Sockaddr_in client_addr;
	char buffer[BUFFSIZE];

	if((server_socket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){
		perror("socket");
		exit(1);
	}
	fputs("socket created!\n",stdout);

	bzero(&server_addr,ADDR_LEN);
	server_addr.sin_family=AF_INET;
	server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
	server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);

	if(bind(server_socket,(Sockaddr *)&server_addr,ADDR_LEN)<0){
		perror("connect");
		exit(1);
	}
	fputs("socket bond!\n",stdout);

	if(listen(server_socket,5)<0){
		perror("listen");
		exit(1);
	}
	fputs("listening...done!\n",stdout);

	fputs("acception waiting...\n",stdout);
	client_socket=-1;
	int addr_len=ADDR_LEN;
	while(client_socket<0)
		client_socket=accept(server_socket,
				(Sockaddr *)&client_addr,(socklen_t *)&addr_len);
	fputs("accepted ,done!\n\n\n",stdout);

	fputs("communication environment ready!\n\n",stdout);
	while(1){
		char test[BUFFSIZE];
		recv(client_socket,buffer,BUFFSIZE,0);
		if(strcmp(buffer,"out\n")==0)
			break;
		printf("client : ");
		fputs(buffer,stdout);
		putchar('\n');
		printf("send > ");
		fgets(buffer,BUFFSIZE,stdin);
		putchar('\n');
		send(client_socket,buffer,BUFFSIZE,0);
		if(strcmp(test,"out\n")==0)
			break;
	}
	fputs("communication finished!...out!\n",stdout);

	close(server_socket);

	return 0;
}

客户端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

#define SERVER_PORT 5555
#define BUFFSIZE 2048
#define ADDR_LEN sizeof(Sockaddr_in)
#define INET_ADDR "127.0.0.1"

typedef struct sockaddr_in Sockaddr_in;
typedef struct sockaddr Sockaddr;

int main(void){
	int client_socket;
	Sockaddr_in server_addr;
	char buffer[BUFFSIZE];

	if((client_socket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){
		perror("socket");
		exit(1);
	}
	fputs("socket created!\n",stdout);

	bzero(&server_addr,ADDR_LEN);
	server_addr.sin_family=AF_INET;
	server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
	server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(INET_ADDR);

	fputs("connecting...\n",stdout);
	if(connect(client_socket,(Sockaddr *)&server_addr,ADDR_LEN)<0){
		perror("connect");
		exit(1);
	}
	fputs("done!\n\n\n",stdout);

	fputs("communication environment ready!\n\n",stdout);
	while(1){
		printf("send > ");
		fgets(buffer,BUFFSIZE,stdin);
		putchar('\n');
		send(client_socket,buffer,BUFFSIZE,0);
		if(strcmp(buffer,"out\n")==0)
			break;
		recv(client_socket,buffer,BUFFSIZE,0);
		if(strcmp(buffer,"out\n")==0)
			break;
		printf("server : ");
		fputs(buffer,stdout);
		putchar('\n');
	}
	fputs("cmmunication finished!...out!\n",stdout);

	close(client_socket);

	return 0;
}

这两个程序主要实现连接后，由客户端和服务器端交互通信，任意一方发送out信息，则双方都断开连接，程序结束。

下面总结一下使用到的头文件：

• stdio.h：标准输入输出头文件，本例中主要提供 printf(),fputs(),fgets(),putchar(),perror() 这些函数的声明。
• stdlib.h：标准库头文件，本例中提供 exit() 的函数声明。
• string.h：字符创头文件，本例中提供 strcmp() 的函数声明。
• errno.h：之前以为它提供了 perror() 的函数声明，问了度娘才知道 perror() 的声明在 stdio.h 里。根据度娘的说法，该头文件                              为C标准函式库里的标头档，定义了很多错误码的宏。
• unistd.h：提供 Linux 中 API 的访问功能。
• sys/types.h：提供基本系统数据类型的访问功能（具体情况还不了解，一会自己去查一下）。
• sys/socket.h：提供socket编程基本函数和一些结构体。
• arpa/inet.h：提供 htons(),htonl(),inet_addr() 和 in_addr 的访问

 

下面总结一下socket编程中重要的结构体：

• struct in_addr：

struct in_addr {
	union {
		struct {
			unsigned char s_b1, s_b2, s_b3, s_b4;
		}S_un_b;//An IPv4 address formatted as four unsigned chars
		struct {
			unsigned short s_w1, s_w2;
		}S_un_w;//An IPv4 address formatted as two unsigned shorts
		unsigned long S_addr;//An IPv4 address formatted as a unsigned long
	}S_un;
#define s_addr S_un.S_addr
};

该结构体用来储存32位 IPv4 地址。我们可以看到，在结构体中定义了一个联合体，用户可以以四种不同的形式储存数据。用的最多的（我感觉，其实我没有用过多少次。。。）是最后一个：unsigned long S_addr，但是平时在使用的时候，我们一般使用的s_addr，这是怎么回事？看结构体最后的宏定义吧，s_addr 会被 S_un.S_addr 替换掉，最后使用的还是联合体内的定义。

该结构体我觉得比较简单，就不进一步介绍了。

• struct sockaddr_in：

struct sockaddr_in {
	short int sin_family;//Address family
	unsigned short int sin_port;//Port number
	struct in_addr sin_addr;//Internet address
	unsigned char sin_zero[8];
};

该结构体储存地址信息。短整型 sin_family 表示协议族，根据我所掌握的情况，只能用AF_INET，即TCP/IP协议族。无符号短整型 sin_port 表示端口号。下面的结构体就是我们上面讲的了，用来存储IPv4地址。最后的sin_zero[8] 只是为了使该结构体的字节大小和下面要讲的struct sockaddr相等，不用理会。

struct sockaddr 是通用的socket地址表示方法。度娘：“为了统一地址结构的表示方法 ，统一接口函数，使得不同的地址结构可以被bind()、connect()、recvfrom()、sendto()等函数调用。” 但在对地址信息进行操作时，一般不用该结构体，而使用sockaddr_in，在要将其用于参数时，强制转换为 struct sockaddr 类型。由于两个结构体都为16字节，所以可以互换。

以下是struct sockaddr 的内容，由于其将端口号和IPv4地址存储在一起，不方便使用，所以才出现了sockaddr_in 以弥补它的缺陷。

• struct sockaddr：

struct sockaddr {
	unsigned short sa_family;//Address family
	char sa_data[14];//Protocol address
};

 

 

下面总结所使用到的一些函数：

 

• socket

函数原型：int socket( int af, int type, int protocol);

头文件：sys/socket.h

参数：af 为地址描述，仅 AF_INET 可用；type 为 socket 类型，可用的类型有SOCK_STREAM(TCP)、                                                  SOCK_DGRAM(UDP)、SOCK_RAW(原始嵌套字)、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET；protocol 表示协                            议，不需要时可指定为0。

返回值：无错误时，返回新套接口的描述字。若错误，返回小于0的值。

• bind

函数原型：int bind( int  sockfd , const struct sockaddr *my_addr , socklen_t addrlen );

头文件：sys/socket.h

参数：sockfd 表示一个未被绑定的套接口描述字；my_addr 指向存有socket地址的地址（注意：需要强制转换类                                    型！）；addrlen 为前面指针指向结构体的大小。

返回值：无错误则返回0。否则返回一个负值。

• listen

函数原型：int listen(int sockfd , int backlog);

头文件：sys/socket.h

参数：sockfd 表示一个捆绑而未连接的套接口的描述字；backlog 表示等待队列的最大值。

返回值：无错误则返回0,。否则返回一个负值。

• accept

函数原型：SOCKET accept( int sockfd , struct sockaddr *addr , socklen_t *addrlen);

头文件：sys/socket.h

参数：sockfd 表示一个listen()过了的套接口的描述字；addr指向接收连接实体（本例中即为sockaddr）的地址；addrlen                        指向一个存有 addr 地址长度的整型数。

返回值：若无错误，返回SOCKET类型的值（即套接口描述字）。否则返回一个负值。

• connect

函数原型：int connect( int sockfd , struct sockaddr *serv_addr , int addrlen);

头文件：sys/socket.h

参数：sockfd 为套接口描述字；serv_addr 指向结构体sockaddr，包含目的端口和IP地址；addrlen 为sockaddr的长度。

返回值：若无错误则返回0。否则返回一个负值。

• send

函数原型：ssize_t send( int sockfd , const void *buf , size_t len , int flags);

头文件：sys/socket.h

参数：sockfd 为发送端套接口描述字；buf 指向待发送数据的缓冲区；len 表示实际发送数据的字符数；flags 一般置0。

返回值：若无错误则返回发送的字符数。否则返回一个负数。

• recv

函数原型：ssize_t recv( int sockfd , void *buf , size_t len , int flags );

头文件：sys/socket.h

参数：sockfd 为接收端套接口描述字；buf 指向存储缓冲区；len 表示存储字符数；flags 一般为0。

返回值：若无错误则返回实际存储的字符数。否则返回一个负数。

 

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编程中出现的问题：

1. 在server代码中误将accept函数放入接受发送的循环中，而在client中connect函数位于循环之外，导致通信发生一个来回就被断开。度娘后得知，原因是客户端为长连接，服务器端为短连接。将两者匹配即可解决问题。
2. 开始使用strcmp(buffer,"out")，却发现无论双方谁输出out都不能断开。度娘无果，甚是头疼。后来突然想到，之前用的puts函数自动去掉结尾的'\n'，而因为用GCC编译使用puts会产生警告，遂换为fputs函数。而fputs函数保留结尾'\n'，所以将判断改为strcmp(buffer,"out\n")即可解决问题。

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总的来说，此次试验收获颇多。一方面了解了C/S运作原理，学习到了socket编程的基础，还加深了对几个常用函数的认识。

通过写博文，不失为一种强迫自己将模棱两可的知识弄清楚的方法，并且有助于巩固复习。

所以，坚持。